制冷技術(shù)是現(xiàn)代社會的重要基礎(chǔ)性技術(shù)，目前廣泛使用的氣體壓縮制冷技術(shù)雖為經(jīng)濟社會發(fā)展做出了巨大的貢獻，卻也存在能耗高和碳排放量大等問題。為滿足節(jié)能減排需求，研究人員近年來著力開發(fā)固態(tài)相變制冷材料，這類材料通過壓力或磁場變化實現(xiàn)吸放熱，避免了氣體工質(zhì)的排放問題。然而，固態(tài)材料固有的導(dǎo)熱慢、界面熱阻大等缺陷，嚴重制約了其在實際大功率場景中的應(yīng)用。

▲壓力調(diào)控溶液析出/溶解產(chǎn)生冷量，冷液被泵送至負載實現(xiàn)制冷

近日，中國科學(xué)院金屬研究所等在制冷技術(shù)領(lǐng)域取得突破——首次發(fā)現(xiàn)“溶解壓卡效應(yīng)”，有望同時攻克制冷領(lǐng)域的低碳排放、大制冷量和高換熱效率三大核心挑戰(zhàn)。

金屬所研究團隊在實驗中發(fā)現(xiàn)，硫氰酸銨（NH?SCN）溶液在壓力變化下表現(xiàn)出驚人的熱效應(yīng)：加壓時鹽析出并放熱，卸壓后鹽迅速溶解并強力吸熱，室溫下溶液溫度可在20秒內(nèi)驟降近30°C，在高溫環(huán)境下降溫幅度更高，遠超已知固態(tài)相變材料性能。這一現(xiàn)象被命名為“溶解壓卡效應(yīng)”。

該效應(yīng)將制冷工質(zhì)與換熱介質(zhì)合二為一：利用溶液本身流動性實現(xiàn)高效傳熱，同時通過溶解/析出過程提供巨大冷量，從而一舉打破長期以來困擾制冷領(lǐng)域的“低碳—大冷量—高換熱”不可能三角關(guān)系。

基于此效應(yīng)，團隊設(shè)計出一套高效的四步循環(huán)系統(tǒng)：加壓升溫→向環(huán)境散熱→卸壓降溫→輸送冷量，單次循環(huán)即可實現(xiàn)每克溶液吸收67焦耳熱量，理論效率高達77%，展現(xiàn)出優(yōu)異的工程應(yīng)用潛力。

這項研究不僅提供了一種全新的制冷原理，更為發(fā)展高效、環(huán)保、可擴展的下一代制冷技術(shù)奠定了關(guān)鍵科學(xué)基礎(chǔ)。

來源：中國科學(xué)院金屬研究所

責(zé)任編輯：吳昊 潘鵬